CN104919143A - 包括进入排气流的亚环境区域中的排气的燃气轮机外壳主动环境冷却 - Google Patents

Abstract

一种燃气轮机发动机包括绕中心纵向轴线周向地延伸的外壳。冷却通道与外壳的外表面相关联，冷却通道具有通道入口和通道出口。提供包括入口端和出口端的气管，入口端与通道出口流体连通，出口端与来自燃气轮机发动机的涡轮部分的排气流流体连通。出口结构位于气管出口端，出口结构在气管出口端提供了亚环境压力，以把流量从所述气管的入口端引导至所述气管的出口端。

Description

包括进入排气流的亚环境区域中的排气的燃气轮机外壳主动环境冷却

相关申请的交叉引用

本申请是于2011年11月8日提交的美国专利申请No.13/314311的部分继续申请，并要求其优先权，该美国专利申请的全部内容作为引用并入本文。

技术领域

本发明涉及燃气轮机发动机，更具体地说，涉及提供热防护以限制燃气轮机发动机的外壳的加热的结构。

背景技术

燃气轮机发动机通常包括压缩器部分、燃烧器部分、涡轮部分和排气部分。在操作时，压缩器部分可接纳环境空气并压缩环境空气。来自压缩器部分的压缩空气进入燃烧器部分中的一个或多个燃烧器。压缩空气在燃烧器中与燃料混合，空气燃料混合物在燃烧器中燃烧以形成热工作气体。热工作气体传送到涡轮部分，在涡轮部分，热工作气体膨胀通过交替的静止翼面和旋转翼面排，并用于产生驱动转子的功率。然后，离开涡轮部分的膨胀气体经由排气部分从发动机排出。

在典型的燃气轮机发动机中，包括从压缩器的一个或多个级获得的压缩空气的一部分的放气可充当冷却空气，以冷却涡轮部分的部件。额外的放气还可供应到排气部分的各部，以比如冷却排气部分的各部，并经由在发动机外壳内提供的强制对流气流维持涡轮排气壳体于预定温度。燃气轮机发动机技术的发展已导致增加的温度和由热膨胀引起的相关外壳变形。壳体变形可增加壳体和支撑在发动机壳体上的部件(比如轴承支撑柱)中的应力。额外应力(与低循环疲劳结合操作)可导致轴承支撑柱(安装到壳体以支撑排气端轴承罩)的裂纹、破裂或故障。

发明内容

根据本发明的一方面，提供了一种燃气轮机发动机，包括限定出中心纵向轴线的外壳，外壳的外表面绕中心纵向轴线周向地延伸。冷却通道与外壳的外表面相关联，冷却通道具有通道入口和通道出口。提供了气管，包括与通道出口流体连通的入口端和与来自所述燃气轮机发动机的涡轮部分的排气流流体连通的出口端。出口结构位于气管出口端，出口结构在气管出口端处提供了亚环境压力，以从气管入口端向气管出口端诱导气流。

出口结构可与流过出口结构的排气流的一部分相互作用，以在出口端实现减小的压力，从而将空气从冷却通道抽吸进气管中。

出口结构可部分地覆盖气管出口端，从而遮蔽出口端的上游侧，并限定出邻近出口端的下游侧的下游面向开口。

出口结构可在气管出口端产生喷射泵送效应，以在气管内产生亚环境压力，并将加热的冷却空气从冷却通道抽吸进气管中。

外壳表面可包括外壳的外部表面，冷却通道可由位于外部表面径向向外的板结构限定。

冷却通道可绕外壳的圆周延伸。

通道入口可以位于第一周向位置，通道出口可以位于与第一周向位置沿周向间隔开的第二周向位置。

通道入口的第一周向位置可以与通道出口的第二周向位置径向相对。

冷却通道可以位于排气扩压器的轴向位置，气管出口可以位于排气歧管处的排气扩压器的下游。

气管入口可以敞向燃气轮机发动机外部的环境空气，以给冷却通道提供环境冷却空气。

根据本发明的另一方面，提供了一种燃气轮机发动机，包括限定出中心纵向轴线的外壳，外壳的外表面绕中心纵向轴线周向地延伸。排气通路限定在外壳内，以引导来自燃气轮机发动机的涡轮部分的排气流。冷却通道绕外壳的外表面周向地延伸，冷却通道具有通道入口和与通道入口沿周向间隔开的通道出口。提供了气管，包括与通道出口流体连通的入口端和与排气流流体连通的出口端。出口结构位于气管出口端，并与排气流相互作用，以在气管的出口端实现减小的压力，从而将空气从冷却通道抽吸进气管中。

冷却通道可以位于排气扩压器的轴向位置，气管出口可以位于排气歧管处的排气扩压器的下游。

气管可以位于外壳的外表面的外部，并可在排气扩压器和排气歧管之间轴向延伸。

排气歧管可包括歧管壁，歧管壁具有歧管外表面和歧管内表面、在歧管外表面和内表面之间延伸的歧管开口，气管可附接到歧管外表面，出口结构可安装到歧管内表面。

出口结构可由板状出口遮蔽板限定，板状出口遮蔽板具有附接到歧管开口上游的歧管内表面的第一周向边缘，出口遮蔽件具有位于第一周向边缘下游并与歧管内表面径向向内间隔开的第二周向边缘。

气管可限定出大致平行于穿过气管的气流延伸的中心轴线，中心轴线与出口遮蔽件交叉。

出口遮蔽件使排气歧管中的排气流转向远离歧管开口，并在气管的出口端实现减小的压力。

燃气发动机还可包括用于控制外壳温度的热障/冷却系统，热障/冷却系统包括：

内部绝缘层，支撑在外壳的与外壳外表面相对的内表面上，内部绝缘层沿外壳的内表面周向地延伸，并针对从位于外壳径向内部的排气通路辐射出的能量提供耐热性；以及

冷却通道，由与外壳的外表面径向间隔开的板结构限定，并绕外壳的外表面的圆周延伸，冷却通道大致与内部绝缘层轴向对准，并形成用于冷却外壳的外表面的环境气流的流路。

热障/冷却系统可包括支撑在板结构上并覆盖板结构的外部绝缘层。

附图说明

尽管说明书以特别指出并明确发明的权利要求书结束，但是应明白，结合附图，从下面的描述中会更好地理解本发明，在附图中，类似的标号表示类似的元件，附图中：

图1是穿过包括示出本发明各方面的排气部分的燃气轮机发动机的一部分的前剖视图；

图2是示出本发明各方面的排气部分的局部剖面透视图；

图2A是图2所示结构的下部的透视图，示出主空气入口；

图2B是图2所示结构的下侧的透视图，示出辅助空气入口；

图3是排气部分的轴向剖视图，示意性示出在燃气轮机发动机的外壳周围提供的气流；

图4是排气部分的邻近排气部分上止点的部分的剖面透视图；

图5是示出根据本发明一方面的绝缘层区段的透视图；

图6是穿过燃气轮机发动机的一部分的前剖视图，燃气轮机发动机包括排气部分，排气部分具有排气扩压器和排气歧管，示出包括气管的本发明的额外方面；

图7是示出图6所示本发明各方面的排气部分的局部剖面透视图；

图8是根据本发明各方面的歧管开口和出口遮蔽件的放大透视图；

图8A是示出出口遮蔽件的替代构造的与图8类似的视图；以及

图9是示出图6的气管的排气部分和排气歧管的透视图。

具体实施方式

在下面对优选实施例的详细描述中，参考形成本说明书一部分的附图，在附图中，仅以示例方式而不以限制方式示出可实施本发明的特定优选的实施例。应理解，可使用其它实施例，并可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对实施例进行改变。

参见图1，示出燃气轮机发动机的位于涡轮部分12的轴向下游的排气部分10的一部分，以示出本发明的各方面。排气部分10通常包括柱形结构，柱形结构包括绕大致水平中心纵向轴线A_C周向延伸的外壳11，排气部分形成燃气轮机发动机的外壳的下游延伸部。排气部分10的外壳11包括排气筒或涡轮排气壳体14以及位于排气壳体14下游的排气阀芯结构16。

排气壳体14包括从排气壳体14下游端径向向外延伸的下游排气壳体凸缘18，滑芯结构16包括上游滑芯结构凸缘20，其从滑芯结构16径向向外延伸。下游排气壳体凸缘18和上游滑芯结构凸缘20在接头处22彼此抵接，并可以常规方式保持在一起，比如通过螺柱(未示出)。此外，上游排气壳体凸缘21从排气壳体14的上游端径向向外延伸，并可栓接到涡轮部分12的径向延伸凸缘23，以将排气壳体14支撑到涡轮部分12。

排气壳体14包括形成结构构件或框架的相对厚壁，以支撑排气端轴承罩24，并支撑排气扩压器26的一部分。排气端轴承罩24用于支撑用于燃气轮机发动机的转子25的端部。

扩压器26包括限定出环形通路以运送来自涡轮部分12的热排气31的内壁28和外壁30。轴承罩24由多个柱结构32支撑。每个柱结构32包括从排气壳体14上的连接件36延伸穿过扩压器26而到达轴承罩24上的连接件38的柱34，以支撑和维持轴承罩24位于排气罩24内的居中位置。柱结构32还可包括围绕柱34的柱遮蔽件或整流件40，以使柱34与穿过扩压器26的热排气31隔离，还见图3。

由于热排气31穿过扩压器26，所以扩压器26的外壁30朝向排气壳体14的内壳体表面42径向向外辐射热量。如上所讨论的，用于冷却涡轮排气部分的常规设计可提供从发动机的压缩器部分供应到排气部分的放气，以在扩压器和排气壳体之间提供冷却气流，从而经由强制对流控制或降低排气壳体的温度。根据本发明的一方面，提供热障/冷却系统44以减少和/或消除对压缩器放气的使用，以控制排气壳体14和滑芯结构16的温度。

参见图2和3，热障/冷却系统44通常包括内部绝缘层46和对流冷却通道48。内部绝缘层46支撑在内壳体表面42上，并周向延伸，以基本上覆盖整个内壳体表面42。内部绝缘层46在扩压器26和排气壳体14之间形成热障，以针对从扩压器26的外壁30辐射出的能量提供耐热性。

内部绝缘层46优选地由多个绝缘层区段46a形成(图5)，多个绝缘层区段通常彼此并排安置，并具有约等于排气壳体14的轴向长度的纵向或轴向延伸部，以基本上在排气壳体14的整个内壳体表面42上提供热障。因此，防止从扩压器26辐射出的热量的明显部分到达排气壳体14，从而使排气壳体14的壁与容纳在排气壳体14内的热负荷隔离。

还参见图5，绝缘层区段46a可包括具有前缘50、后缘52和相对侧边缘54、56的矩形区段构件。绝缘层区段46a具有比排气壳体14的壁低的导热系数。绝缘层区段46a的导热系数可具有约0.15W/mK的最大值，优选地具有约0.005W/mK的导热系数值，以抵抗热量从扩压器传递到发动机壳体14。绝缘层区段46a可定位在排气壳体14的内壳体表面42上，一个绝缘层区段46a的侧边缘54、56与相邻绝缘层区段46a的侧边缘54、56紧密相邻或接合。

绝缘层区段46a的构造可包括一对相对的片状金属层58、60和位于片状金属层58、60之间的保温层(thermal blanket layer)62，保温层的导热系数明显低于片状金属层58、60。多个金属套管64可在绝缘层区段46a的安装点处延伸穿过片状金属层58、60和保温层62。特别地，每个金属套管64包括在片状金属层58、60之间限定出预定间隔的刚性结构，并适于接收紧固件结构，比如支架66(图4)，以将每个绝缘层区段46a附接到排气壳体14。支架66可构造成允许绝缘层区段46a相对于内壳体表面42的有限移动，以比如提供用于内部绝缘层46和排气壳体14之间的任何热失配。例如，支架66可均包括立柱67，立柱具有固定在内壳体表面42的径向外端，并具有接收螺母69以保留绝缘层区段46a位于螺母和内壳体表面42之间的螺纹径向内端。

绝缘层区段46a可具有从后缘52延伸到套管64的后排的槽65，以便于将绝缘层区段46a组装到排气壳体14。特别地，在组装期间，通过允许套管64的后排到位于排气壳体14后部的对应立柱67排的轴向移动度，槽65便于绝缘层区段46a移动到立柱67上，在排气壳体14的后部，在排气壳体14和扩压器26之间有最小间隙。

应注意，有限间隙可在内壳体表面42周围的特定位置处设置在相邻绝缘层区段46a之间。例如，在连接件36的位置处(柱34从内壳体表面42向内延伸)，间隙或空隙可设置在邻近每个柱34的两侧的相邻绝缘层区段46a之间。类似地，有限空隙可存在于直接相邻形成水平接头92的结构的绝缘层区段46a之间。应注意，可提供绝缘层区段46a的替代构造，以减小这些位置处的空隙。例如，绝缘层区段46a可构造成包括绕柱34紧密延伸的部分，从而减小使内壳体表面42暴露于辐射热的空隙区域。

提供多个绝缘层区段46a便于将内部绝缘层46组装到发动机壳体14，并还使得能够维护内部绝缘层46的选择部分。例如，在损坏内部绝缘层46的一部分的情形下，内部绝缘层46的构造允许移除和更换绝缘层区段46a的受到损坏的单独几个，而不需要更换整个内部绝缘层46。

应理解，尽管描述了绝缘层区段46a的特定构造，但是可提供用于绝缘层区段46a的其它材料和构造。例如，绝缘层区段46a可由已知陶瓷绝缘材料形成，构造成给诸如内壳体表面42的表面提供耐热性。

参见图1，对流冷却通道48绕排气壳体14的外壳体表面68周向地延伸，并通常轴向地安置成从上游排气壳体凸缘21延伸到至少下游排气壳体凸缘18，优选地延伸到下游滑芯结构凸缘70(从滑芯结构16的下游端径向向外延伸)。对流冷却通道48由从上游位置74延伸到下游位置76的板结构72限定，在上游位置，其在上游排气壳体凸缘21处固定到排气部分10，在下游位置，其在下游滑芯凸缘70处固定到排气部分10。板结构72与外壳体表面68径向间隔开，以限定出对流冷却通道48的第一冷却通道部分78，即上游排气壳体凸缘21和下游排气壳体凸缘18之间的凹陷区域。板结构72还与滑芯结构16的外表面80径向间隔开，以限定出对流冷却通道48的第二冷却通道部分82，即上游滑芯结构凸缘20和下游滑芯结构凸缘70之间的凹陷区域。第一和第二冷却通道部分78、82在排气部分10周围限定出周向平行的流路，并可在凸缘18、20的径向外端上彼此流体连通。

参见图2和3，对流冷却通道48包括位于第一周向位置的主冷却空气供应入口84，用于给对流冷却通道48提供环境空气的供应。对流冷却通道48还包括位于第二周向位置的排气出口86，第二周向位置与第一周向位置径向相对。根据优选的实施例，主空气供应入口84(图2A)位于排气部分10的外壳11的下止点位置，排气出口86位于排气部分10的外壳11的上止点位置。

如图2可看出，排气部分10可由在水平接头92处连接在一起的两个半部形成，即上半部88和下半部90。根据本发明的一方面，板结构72包括形成为盒部的放大侧部94，其在水平接头92上从水平接头92上方和下方的位置延伸。侧部94构造成给水平接头92周围的气流提供额外孔隙，并还构造成给对流冷却通道48提供额外气流，如下面讨论的。

板结构72包括单独板部分72a，其可由片状金属形成，即与外壳11相比比较薄。板部分72a弯曲成匹配外壳11的曲率，并从侧部94朝向主空气入口84向下延伸，从侧部94朝向空气出口86向上延伸。板部分72a形成为在排气部分10上的上游和下游位置74、76之间延伸的大致矩形部分，优选地彼此接合或抵接，以及沿板部分72a的轴向延伸边缘在搭接处98接合侧部94。板部分72a和侧部94可通过任何常规装置附接到排气部分外壳11，并优选地通过紧固件(比如螺栓或螺钉)附接为可移除部件。应理解，尽管放大侧部94显示为盒部，但是板结构72的该部分不必限于特定形状，可以是任何构造，以便于气流流过水平接头92，水平接头通常包括排气部分外壳11的放大的和径向向外延伸的凸缘部分。另外，应注意，主空气入口84和空气出口86可在板结构72周围的相应下止点位置和上止点位置处结合进相应板部分72a中。

参见图2和2B，侧部94可形成有下部100，下部在水平接头92下方延伸，并终止于向下面向的辅助空气入口结构102。辅助空气入口结构102可包括并排安置的第一和第二辅助空气入口开口104、106，每个辅助空气入口开口显示为板结构72中的向下面向开口。第一和第二辅助空气入口开口104、106可以分别在第一和第二通道部分78、82上轴向对准。辅助空气入口开口104、106显示为具有相应覆盖面板或板108、110，其可利用紧固件112(比如螺栓或螺钉)可移除地附接在开口上。覆盖板108、110中的一个或两个可从辅助空气入口开口104、106移位或移除，以允许额外或辅助环境空气116经由辅助空气入口结构102进入对流冷却通道48，如图3进一步示出。

根据本发明的一方面，对流冷却通道48经由主空气供应入口84接收非强制性环境空气。即，可给对流冷却通道48提供空气，而在空气入口84处不需要驱动力或压力将对流主空气供应流114中的空气从燃气轮机发动机外部的位置传送通过主空气供应入口84。主空气供应入口84的直径大小可以做成在第一和第二通道部分78、82的每个的至少一部分上延伸，使得主供应空气流114的一部分可直接引导进通道部分78、82中。

进入对流冷却通道48的环境气流在排气部分10的圆周周围提供减少的热梯度，以降低或最小化在排气部分10周围的非均匀温度分布时发生的热应力。特别地，与排气壳体14的不同热膨胀相关并被传送到柱34的应力可以通过增加冷却流的均匀性(通过对流冷却通道48提供)而减小。另外，排气壳体14的操作温度可以维持在材料蠕变极限以下，以避免导致柱应力增加的相关壳体蠕变变形。

通过移位或移除辅助空气入口结构102的覆盖板108、110中的一个或多个以增加对流冷却空气供应位置的数量，可以给对流冷却通道48提供多端口冷却构造。因此，可以对位于现场的涡轮发动机调节提供给通道部分78、82的冷却量，以通过移除或更换覆盖板108、110增加或减小冷却。例如，取决于环境空气温度的增加或减小，期望的是，通过移除覆盖板108、110的一个或多个来增加冷却气流，或者期望的是，通过更换覆盖板108、110的一个或多个来防止或减少辅助空气流116而提供减少的气流。另外，可使用覆盖板108、110优化排气壳体14和滑芯结构16的温度，以使相邻硬件和部件之间的任何热失调最小。

排气出口86位于对流冷却通道48的顶部，使得加热的排气118可通过对流出对流冷却通道48而流动。排气出口86的直径大小可做成在第一和第二通道部分78、82的每个的至少一部分上延伸，使得从对流冷却通道48排出的加热空气可直接从每个通道部分78、82传送到排气出口86。随后，流出排气出口86的加热空气可排出当前提供给现有燃气轮机发动机单元的现有散热孔结构(未示出)。

应理解，穿过对流冷却通道48的对流气流包括基本上由沿外壳体表面68和滑芯结构16的外表面80加热的空气产生的对流力驱动的冷却气流。对流冷却通道48内的加热空气通过自然对流升高，并朝向排气出口86引导。当空气在对流冷却通道48内升高时，其经由主冷却空气供应入口84将环境空气抽吸进通道48中，从而有效地给外壳11的外表面周围向上的冷却空气连续流提供驱动力。类似地，当板结构72各侧的辅助空气入口开口104、106之一或两个打开时，自然对流会把通道48周围的空气向上抽吸通过辅助空气入口结构102，到达排气出口86。

应注意，当冷却空气作为对流气流48向上流动时，会在对流冷却通道48内产生比对流冷却通道48外部的环境空气压力低的压力。因此，板接头98处或接头97、99(图2)(板区段72a的边缘在上游和下游位置74、76处安装到排气部分10)处的任何泄漏会向内进入对流冷却通道48。在这方面，应理解，不必在板区段72a的周界边缘和侧部94处提供防泄漏密封件，进入对流冷却通道48的泄漏可被看作便于热障/冷却系统44的冷却功能的优点。

可选地，如图3示意性示出，可提供连接到排气出口86的风扇单元120。风扇单元120可提供来自排气出口86的额外气流，以增加对流冷却通道48的冷却能力。替代地或另外地，可给主冷却空气供应入口84提供入口风扇单元(未示出)，以提供增加的环境气流进入通道48。应理解，即使在提供风扇单元(即出口86处的风扇单元120和/或入口84处的风扇单元120)以便于流过对流冷却通道48的情况下，流过通道48的气流的移动会可在通道48内产生降低的压力(相对于外壳11外部周围的环境区域)。

对流冷却通道48还可具有外部绝缘层122，如图1、3和4看出(图2中未示出)。外部绝缘层可基本覆盖板结构72的由板区段72a和侧部94限定的整个外部表面，并具有低导热系数，以总体上给在排气部分10附近工作或经过的人员提供热防护。

参见图4，可给滑芯结构16提供可选的另一或第二内部绝缘层124，其绕内滑芯区段表面126周向延伸，并从设置用于支撑扩压器26的Z板或弹簧板结构128径向向外延伸。第二内部绝缘层124可包括具有与内部绝缘层46所述的类似的构造和导热系数的分离的绝缘层区段。另外，第二内部绝缘层124可以与针对内部绝缘层46的绝缘层区段46a所述的方式类似的方式安装到内滑芯区段表面126。可提供第二内部绝缘层124以限制或最小化从扩压器26传递到滑芯结构16的辐射热量。因此，通过包含第二内部绝缘层124可降低对流过对流冷却通道48的第二部分82的空气的对流气流要求。

如上所述，热障/冷却系统44提供了一系统，其中，内部绝缘层46基本上减少了传递到排气部分10的外壳11的热量，从而降低了对维持外壳11的材料低于其蠕变极限的冷却要求。因此，由对流冷却通道48提供的外部冷却构造以对流气流给外壳11提供了恰当的冷却，伴随着减少或消除给外壳11内部提供强制空气冷却的需求。消除到外壳11内部的强制空气冷却，即通过维持冷却空气在外壳11外部的供应和排出，避免了与外壳11内的部件之间的热失调或热梯度相关的问题。

另外，由于冷却外壳11的空气供应不会吸收压缩器放气或者直接取决于来自燃气轮机发动机的空气供应，所以本热障/冷却系统44不会降低涡轮功率，比如抽吸压缩器放气的系统的情况下会发生的，本系统的冷却效率基本上独立于发动机操作条件而操作。因此，本发明可在不吸收燃气轮机发动机的二次冷却空气的情况下实施，并可降低对使用二次冷却空气的需要以及增加燃气轮机发动机操作时的总体效率。

根据本发明的替代方面，穿过冷却通道48的流量可通过使用发动机10内的亚环境压力源主动地形成。根据该方面，参见图6-9，亚环境压力源可附接到图2、3和4所示的排气出口86。特别地，如图6、7和9所示，气管130附接到冷却通道48的排气出口86，以给空气出口86提供亚环境压力，以主动地实现穿过冷却通道48的环境气流。

气管130包括导管，比如限定出大致圆形或类似横截面的导管，具有附接到空气出口86的入口端132，并延伸到与穿过排气歧管136的排气31流体连通的出口端134。如本文所示，气管130包括径向延伸的第一部分130a、轴向延伸的第二部分130b以及沿径向且大致平行于第一部分130a延伸的第三部分130c。第一部分130a可形成有位于入口端的放大部分，以对应于空气出口86的尺寸和形状。另外，为了容纳可导致气管130和排气部分外壳11及排气歧管136之间在径向和轴向方向上的相对移动的热偏转，气管130可具有波纹管结构131，如第二和第三部分130b和130c上的波纹管结构131所示。

排气歧管136附接到外壳11的下游端，以接收通到扩压器26的出口的排气。排气歧管136包括歧管外表面138、歧管内表面140和歧管开口142，歧管开口在歧管外表面和内表面138、140之间延伸。

气管130的出口端134在歧管开口142处栓接或另外附接到歧管外表面138，使得气管130提供使冷却通道48与穿过排气歧管136的排气流31流体连通的流体路径。

另外参见图8，出口结构144在歧管开口142的位置处附接到歧管内表面140和气管出口端134。出口结构144由板状出口遮蔽件146限定，板状出口遮蔽件具有在歧管开口142上游附接到歧管内表面140的第一周向边缘148以及位于第一周向边缘148的轴向下游且与歧管内表面140径向向内间隔开的第二周向边缘150。另外，相对的侧边缘152、154在第一和第二周向边缘148、150之间轴向延伸。相对的侧边缘152、154可在轴向方向上大致彼此平行地延伸。可选地，一对径向延伸腿156、158可安置成在下游第二周向边缘150处邻近侧边缘152、154，并延伸到歧管内表面140上的附接点，以在距歧管开口142一预定径向间隙处支撑第二周向边缘150。腿156、158还增加了出口遮蔽146的顺应性，以使出口结构144承受热致应力。

气管130限定出大致平行于穿过气管130的气流延伸的中心轴线160(图6)，中心轴线160与出口遮蔽件146交叉。因此，出口遮蔽件146位于歧管开口142的周向和轴向位置处。另外，平行于边缘148、150，出口遮蔽件146优选地具有大于歧管开口142的直径的周向尺寸，使得出口遮蔽件146提供与歧管开口142的任一侧交迭的盖(在轴向方向上延伸)。出口遮蔽件146具有轴向延伸范围，其始于歧管开口142的上游，并基本上覆盖歧管开口142，到达或者接近歧管开口142的轴向上游边缘142a(图6)。出口遮蔽件146使歧管开口142中的排气流从歧管内表面140径向向内转向，并远离歧管开口142，并且在出口遮蔽件146的下游边缘150处产生“喷射泵送”效应，从而在气管130的出口端134处产生减少的(亚环境)压力。

在歧管开口142处产生的减少的或亚环境压力使来自气管130的气流进入排气歧管136，并在冷却通道48的排气出口86处产生亚环境压力。排气出口86处的亚环境压力操作成经由冷却通道48在外壳11圆周周围主动地产生气流，从而便于先前所述的通道48中的向上对流，并将环境冷却空气经由冷却空气供应入口84抽吸进通道48中(图7)。因此，应理解，本发明的各方面提供了发动机中的亚环境压力区域(即歧管开口142处的排气歧管气体通路)和环境冷却空气供应入口84之间的流动连接，以主动地产生或促进环境冷却空气流动，而不会吸收发动机的涡轮功率。

如上所述，侧边缘152、154具有腿156、158，以增加出口结构144的热顺应性。出口结构144的该构造还可受益于本发明的实施例中，在实施例中，歧管开口142位于或邻近受限流区域，受限流区域限制或约束下游边缘150和歧管开口144之间的开口大小，额外的开口区域(即，沿各侧)可用于促进“喷射泵送”效应。或者，侧板153、155(图8A)可形成为从侧边缘152、154延伸到歧管内壁140，并成形为促进“喷射泵送”效应，以增加经过管道130和冷却通道148的气流。

应理解，利用亚环境压力将环境空气抽吸通过冷却通道48而进入提成气歧管136的本发明的各方面可与上面所述的本发明的任一方面(包括上面所述的外部绝缘层122和内部绝缘层46、124的方面)结合使用。然而，应注意，提供穿过管道130的主动环境气流的本发明的各方面可独立于上面所述的用于给外壳11提供绝缘层的各方面实施。例如，尽管内部绝缘层46、124有助于控制外壳11的温度，但是这些层对于穿过气管130的亚环境流的操作以及设置穿过冷却通道48的冷却流而言不是必须的。

另外，关于上面所述的用于形成冷却通道48的板结构72，形成板结构72的面板72a可构造成允许环境空气在外壳11周围的选择位置处进入冷却通道48。例如，外壳11上的某些位置可受到局部加热或热点，可提供具有可移除窗口或任何其它开口构造的额外可移除面板72a或面板72a，以允许环境空气基本上直接或接近热点处流入通过板结构72，以在这些位置处提供更冷的空气(与变暖的同时穿过冷却通道48的气流所提供的相比)。

可与利用气管130的本发明合并的上面所述的另一方面包括提供鼓风机，比如上面参考图3的风扇单元120所述的，其中，鼓风机可设置到沿气管130的位置或者冷却通道48的入口84处，以产生穿过管道130的额外气流，并促进冷却通道48中的冷却效应。

另外，应理解，冷却通道48可设置到发动机10的其它壳体，比如发动机10的涡轮壳体、压缩器壳体、燃烧器壳体，或者需要在发动机上进行冷却的任何其它位置。

此外，应注意，根据本发明的各方面，提供到亚环境位置的流连接(由排气流形成)的管道可延伸到排气流中的任何位置，包括涡轮排气壳体14内位于冷却通道48径向内部的位置。例如，限定出管道的结构可延伸通过柱结构32的一个或多个，并具有限定出轴向下游延伸出口的结构，轴向下游延伸出口在柱结构32的后缘处或邻近后缘处与穿过扩压器26的气流流体连通，其中，柱遮蔽件或整流件40的一部分可提供出口结构144的亚环境效应。穿过形成径向延伸气流连接的管道结构32的通路可以由例如在管道结构32内延伸的辐射遮蔽件形成，并具有与冷却通道48以比如在共同提交的美国申请No.______(代理人案号No.2011P20816US)中阐述的方式流体连通的径向外端，该美国申请题名为“GAS TURBINE OUTER CASEACTIVE AMBIENT COOLING INCLUDING AIR EXHAUST INTO SUB-AMBIENT CAVITY”，作为引用并入本文。在该构造中，一个或多个管道可形成从柱结构32的内部区域(与冷却通道48流体连通)到整流件40的外部表面的通路。

尽管示出和描述了本发明的特定实施例，但是本领域技术人员应明白，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种其它改变和修改。因此，意在于所附权利要求中涵盖位于本发明范围内的所有这些改变和修改。

Claims (19)

1.一种燃气轮机发动机，包括：

外壳，限定出中心纵向轴线，所述外壳的外表面绕中心纵向轴线周向地延伸；

冷却通道，与所述外壳的外表面相关联，所述冷却通道具有通道入口和通道出口；

气管，包括入口端和出口端，所述入口端与通道出口流体连通，所述出口端与来自所述燃气轮机发动机的涡轮部分的排气流流体连通；以及

出口结构，位于所述气管的出口端，所述出口结构在所述气管的出口端提供亚环境压力，以把流量从所述气管的入口端引导至所述气管的出口端。

2.如权利要求1所述的燃气轮机发动机，其中，所述出口结构与在所述出口结构上流过的所述排气流的一部分互相作用，用于在所述出口端实现减少的压力，以将空气从所述冷却通道抽吸进所述气管中。

3.如权利要求2所述的燃气轮机发动机，其中，所述出口结构部分地覆盖所述气管的出口端，从而遮蔽所述出口端的上游侧，并限定出邻近所述出口端的下游侧的下游面向开口。

4.如权利要求1所述的燃气轮机发动机，其中，所述出口结构在所述气管的出口端产生喷射泵送效应，以在所述气管内产生亚环境压力，并将加热的冷却空气从所述冷却通道抽吸进所述气管中。

5.如权利要求1所述的燃气轮机发动机，其中，外壳表面包括所述外壳的外部表面，所述冷却通道由位于所述外部表面的径向外部的板结构限定。

6.如权利要求5所述的燃气轮机发动机，其中，所述冷却通道绕所述外壳的圆周延伸。

7.如权利要求6所述的燃气轮机发动机，其中，所述通道入口位于第一周向位置处，所述通道出口位于与所述第一周向位置沿周向间隔开的第二周向位置处。

8.如权利要求7所述的燃气轮机发动机，其中，所述通道入口的第一周向位置与所述通道出口的第二周向位置径向相对。

9.如权利要求1所述的燃气轮机发动机，其中，所述冷却通道位于排气扩压器的轴向位置处，气管出口在排气歧管处位于所述排气扩压器的下游。

10.如权利要求1所述的燃气轮机发动机，其中，所述气管的入口端通向所述燃气轮机发动机外部的环境空气，以给所述冷却通道提供环境冷却空气。

11.一种燃气轮机发动机，包括：

外壳，限定出中心纵向轴线，所述外壳的外表面绕中心纵向轴线周向地延伸；

排气通路，限定在所述外壳内，用于引导来自所述燃气轮机发动机的涡轮部分的排气流；

冷却通道，绕外壳的外表面周向地延伸，所述冷却通道具有通道入口和与所述通道入口周向间隔开的通道出口；

气管，包括入口端和出口端，所述入口端与通道出口流体连通，所述出口端与排气流流体连通；以及

出口结构，位于所述气管的出口端，与所述排气流互相作用，用于在所述气管的出口端实现减少的压力，以将空气从所述冷却通道抽吸进所述气管中。

12.如权利要求11所述的燃气轮机发动机，其中，所述冷却通道位于排气扩压器的轴向位置处，气管出口在排气歧管处位于所述排气扩压器的下游。

13.如权利要求12所述的燃气轮机发动机，其中，所述气管位于所述外壳的外表面的外部，并在所述排气扩压器和所述排气歧管之间轴向地延伸。

14.如权利要求12所述的燃气轮机发动机，其中，所述排气歧管包括具有歧管外表面和歧管内表面的歧管壁以及在所述歧管外表面和所述歧管内表面之间延伸的歧管开口，所述气管附接到所述歧管外表面，所述出口结构安装到所述歧管内表面。

15.如权利要求14所述的燃气轮机发动机，其中，所述出口结构由板状出口遮蔽板限定，所述板状出口遮蔽板具有在所述歧管开口的上游附接到所述歧管内表面的第一周向边缘，出口遮蔽件具有位于所述第一周向边缘的第二周向边缘，所述第二周向边缘与所述歧管内表面径向向内间隔开。

16.如权利要求15所述的燃气轮机发动机，其中，所述气管限定出大致平行于穿过所述气管的气流延伸的中心轴线，所述中心轴线与所述出口遮蔽件相交。

17.如权利要求15所述的燃气轮机发动机，其中，所述出口遮蔽件使所述排气歧管中的排气流远离所述歧管开口偏向，并在所述气管的出口端处实现减少的压力。

18.如权利要求11所述的燃气轮机发动机，包括热障/冷却系统，用于控制外壳的温度，所述热障/冷却系统包括：

内部绝缘层，支撑在所述外壳的与所述外壳的外表面相对的内表面上，所述内部绝缘层沿所述外壳的内表面周向地延伸，并针对来自位于所述外壳径向内部的排气通路的辐射能量提供耐热性；以及

所述冷却通道由板结构限定，所述板结构与所述外壳的外表面径向间隔开，并绕所述外壳的外表面的圆周延伸，所述冷却通道大致与所述内部绝缘层轴向对准，并形成冷却所述外壳的外表面的环境气流的流路。

19.如权利要求18所述的燃气轮机发动机，包括外部绝缘层，所述外部绝缘层支撑在所述板结构上，并覆盖所述板结构。